JP2017006632A - 電気刺激装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気刺激の強度を客観的に定めることを可能とする電気刺激装置を提供することにある。【解決手段】電気刺激装置は、対象物に電気刺激を与える電極部20と、対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号Isを出力する光電センサ30と、対象物の体動状態に応じた検出信号K1,K2を出力する体動検出部40を有している。コントローラ10は、対象物に電気刺激を与えるための出力電圧Vxを電極部20に供給する。コントローラ10の制御部11は、出力電圧Vxを漸増し、測定信号Isに基づいて対象物の酸素濃度Xsの変化を検出する。そして、制御部11は、検出した酸素濃度Xsに対応する電圧指令Vcを印加電圧値(印加強度)とする。また、制御部11は、検出信号K1,K2に基づいて、対象物が静的状態か動的状態かを判定する。そして、制御部11は、静的状態にあるときの印加電圧値を刺激電圧値Vpとして設定する。【選択図】図2
Description
本発明は、電気刺激装置に関する。
従来、電気療法は、疾病等により身体に障害を受けた場合の骨格筋の筋力の衰えや運動能力低下の治療として、または、治療後におけるリハビリテーションとして用いられている(たとえば、特許文献1参照)。また、電気療法は、スポーツ分野において、筋力を増強したり、運動能力を高めたりするための筋力トレーニングに用いられている。電気療法により主動筋や拮抗筋に電気刺激を行うことで高い筋肉増強効果が得られることがわかっている。
一般に、こうした電気療法では、理学療法士や作業療法士等の専門家が電気刺激装置の電極部を対象物に装着する。そして上述の専門家が自らの知識や経験に基づいて、電気刺激を与えた時の使用者の痛みの反応をもとに電気刺激の強度を調整する。
ところで、痛みに対する反応には、使用毎、使用する姿勢により異なる場合がある。上記したように、電気刺激の強度が専門家の知識や経験と、使用者の反応に基づいて設定する方法では、電気刺激の強度が客観的なものではない。たとえば、使用者の反応に応じて設定される強度が異なるおそれがある。
本発明の目的は、電気刺激の強度を客観的に定めることを可能とする電気刺激装置を提供することにある。
本発明に従う電気刺激装置の一形態は、対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、前記対象物の体動状態に応じた検出信号を出力する体動検出部と、前記電気刺激の強度を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記測定信号に基づいて制御した前記電気刺激の強度に応じた前記酸素濃度の変化に基づいて前記対象物に印加する電気刺激を推定し、前記検出信号に基づいて前記対象物が静的状態か動的状態かを判定し、前記対象物が静的状態にあるときに前記電気刺激を前記対象物に応じた刺激強度として設定する。
上記電気刺激装置は、電気刺激の強度を客観的に設定することができる。
(電気刺激装置が取り得る形態の一例)
〔1〕本発明に従う電気刺激装置の一形態は、対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、前記対象物の体動状態に応じた検出信号を出力する体動検出部と、前記電気刺激の強度を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記測定信号に基づいて制御した前記電気刺激の強度に応じた前記酸素濃度の変化に基づいて前記対象物に印加する電気刺激の印加強度を推定し、前記検出信号に基づいて前記対象物が静的状態か動的状態かを判定し、前記対象物が静的状態にあるときに前記印加強度を前記対象物に応じた刺激強度として設定する。
〔1〕本発明に従う電気刺激装置の一形態は、対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、前記対象物の体動状態に応じた検出信号を出力する体動検出部と、前記電気刺激の強度を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記測定信号に基づいて制御した前記電気刺激の強度に応じた前記酸素濃度の変化に基づいて前記対象物に印加する電気刺激の印加強度を推定し、前記検出信号に基づいて前記対象物が静的状態か動的状態かを判定し、前記対象物が静的状態にあるときに前記印加強度を前記対象物に応じた刺激強度として設定する。
対象物の酸素濃度は、対象物に与えられる電気刺激により変化する。また、対象物の酸素濃度は、対象物の体動により変化する。
本電気刺激装置によれば、制御された電気刺激による対象物の酸素濃度の変化に基づいて印加する電気刺激が推定される。検出信号により対象物が静的状態か動的状態かが判定される。そして、静的状態にあるときに電気刺激が対象物に応じた刺激強度として設定される。これにより、対象物に応じた刺激強度が客観的に設定される。
本電気刺激装置によれば、制御された電気刺激による対象物の酸素濃度の変化に基づいて印加する電気刺激が推定される。検出信号により対象物が静的状態か動的状態かが判定される。そして、静的状態にあるときに電気刺激が対象物に応じた刺激強度として設定される。これにより、対象物に応じた刺激強度が客観的に設定される。
〔2〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記対象物が動的状態にあると判定した場合、推定した前記電気刺激を削除する。
対象物の体動によって酸素濃度が変動する。このような酸素濃度の変動を検出して電気刺激の強度を設定した場合、その強度が適切か否かを判断する必要がある。本電気刺激装置によれば、体動があったときの電気刺激の強度を削除するため、確認等の手間がかからない。
対象物の体動によって酸素濃度が変動する。このような酸素濃度の変動を検出して電気刺激の強度を設定した場合、その強度が適切か否かを判断する必要がある。本電気刺激装置によれば、体動があったときの電気刺激の強度を削除するため、確認等の手間がかからない。
〔3〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記体動検出部は、前記対象物の関節における角度に応じた角度検出信号を出力する角度センサを有し、前記制御部は、前記角度検出信号に基づいて前記対象物が基本姿勢か否かを判定し、前記対象物が基本姿勢で静的状態にあるときに前記印加強度を前記刺激強度として設定する。
酸素濃度は、対象物の姿勢によって、酸素濃度の変化が異なる場合がある。変化が少ないと、酸素濃度の変化が検出しにくい。したがって、酸素濃度が変化しやすい姿勢を基本姿勢として、その基本姿勢か否かを判定することで、酸素変化の検出が容易になる。
〔4〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記電気刺激の強度を制御する第1のモードと、前記刺激強度の電気刺激を前記対象物に与える第2のモードとを備える。
本電気刺激装置によれば、第1のモードでは酸素濃度の変化に基づいて刺激強度が設定される。こうして設定された刺激強度により第2のモードにて適切な強度の電気刺激が与えられる。
〔5〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記酸素濃度の変化に応じたトリガ信号をカウントし、そのカウント値に基づいて前記第1のモードのやり直しを指示する。
複数回の酸素濃度の変化は、要因として体動や故障の可能性が考えられる。したがって、酸素濃度の変化のカウント値に基づいてやり直しを行うことで、より正確に刺激強度の設定を行うことが可能となる。
〔6〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記電気刺激を与える電圧指令と、前記電圧指令の出力に応じた指令信号とを出力する電気刺激制御部と、前記測定信号に基づいて酸素濃度を算出する酸素濃度算出部と、前記検出信号に基づいて前記対象物が静的状態か動的状態かを判定し、判定結果に応じた判定信号を生成する体動判定部と、前記酸素濃度に基づいて前記印加強度を推定し、前記判定信号と前記指令信号とに基づいて前記推定した印加強度を判定し、前記刺激強度を設定する設定部とを有する。
設定部は、電気刺激を印加する指令信号に基づいて推定した印加強度を判定する。指令信号は、電圧指令の出力、つまり対象物に対する電気刺激の印加の状態を示す。したがって、電気刺激を印加しているときに推定した印加強度を刺激強度とすることで、容易に刺激強度を設定することが可能となる。
〔7〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記対象物の筋収縮が反映された信号を出力する筋収縮検出部をさらに有し、前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した値と所定の閾値との関係に基づいて、前記対象物が筋収縮を開始した時点である筋収縮開始点を検出し、前記筋収縮開始点における電気刺激の強度以上の強度を前記刺激強度として設定する。
期待する筋肉の鍛錬の効果は対象物が筋収縮することにより得られる。しかし、電気刺激の強度が使用者等により主観的に設定される場合、対象物が筋収縮しない程度の電気刺激の強度が刺激強度として設定されることがある。この場合、期待する筋肉の鍛錬の効果が得られないおそれがある。一方、本電気刺激装置によれば、筋収縮検出部による客観的な情報に基づいて筋収縮開始点が検出され、その筋収縮開始点における電気刺激の強度以上の強度が刺激強度として設定される。このため、期待する筋肉の鍛錬の効果が得られやすい。
〔8〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記筋収縮検出部は加速度センサである。
対象物に取り付けられた加速度センサは対象物の筋収縮によく反応する。このため、本電気刺激装置によれば、筋収縮開始点が適切に検出されやすい。また、加速度センサは安価かつ小型である。このため、本電気刺激装置は生産性の向上および小型化に貢献する。
対象物に取り付けられた加速度センサは対象物の筋収縮によく反応する。このため、本電気刺激装置によれば、筋収縮開始点が適切に検出されやすい。また、加速度センサは安価かつ小型である。このため、本電気刺激装置は生産性の向上および小型化に貢献する。
〔9〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記加速度センサは3軸加速度センサであり、前記制御部は、前記加速度センサから取得した信号に基づいて3軸の平方加速度を演算し、その演算結果に基づいて前記筋収縮開始点を検出する。
対象物が筋収縮したとき、その筋肉が複数の方向に微細振動することが知られている。本電気刺激装置によれば、3軸の平方加速度に基づいて筋収縮開始点が検出されるため、一方向の加速度を測定可能な加速度センサに基づいて筋収縮開始点が検出される場合と比較して、適切な筋収縮開始点が検出されやすい。
〔10〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した値の時系列データにおける差分の累積値に基づいて前記筋収縮開始点を検出する。
対象物に応じた刺激強度を設定する過程において、筋収縮検出部から取得した値が所定の閾値を複数回跨ぐことがある。この場合、筋収縮開始点が複数回検出されるため、筋収縮開始点が誤検出されるおそれがある。一方、時系列データにおける差分の累積値は所定の閾値を複数回跨ぎにくい。このため、本電気刺激装置によれば、筋収縮開始点が誤検出されるおそれが低減される。
対象物に応じた刺激強度を設定する過程において、筋収縮検出部から取得した値が所定の閾値を複数回跨ぐことがある。この場合、筋収縮開始点が複数回検出されるため、筋収縮開始点が誤検出されるおそれがある。一方、時系列データにおける差分の累積値は所定の閾値を複数回跨ぎにくい。このため、本電気刺激装置によれば、筋収縮開始点が誤検出されるおそれが低減される。
〔11〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記対象物に電気刺激が印加されていない状態において、前記筋収縮検出部から取得した値を0に設定する。
電気刺激以外の要因により生じた対象物の筋収縮に基づいて筋収縮開始点を検出した場合、刺激強度が適切に設定されない。一方、本電気刺激装置によれば、対象物に電気刺激が印加されていない場合は筋収縮開始点を検出しないため、刺激強度が誤設定されるおそれが低減される。
電気刺激以外の要因により生じた対象物の筋収縮に基づいて筋収縮開始点を検出した場合、刺激強度が適切に設定されない。一方、本電気刺激装置によれば、対象物に電気刺激が印加されていない場合は筋収縮開始点を検出しないため、刺激強度が誤設定されるおそれが低減される。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を説明する。
図1に示すように、電気刺激装置は、コントローラ10と、コントローラ10に電気的に接続された電極部20と光電センサ30と体動検出部40とを有している。電極部20と光電センサ30と体動検出部40は、使用者の人体に装着される。たとえば、電極部20と光電センサ30と体動検出部40は、サポータ50に取り付けられ、脚等の対象物に装着される。
以下、実施の形態1を説明する。
図1に示すように、電気刺激装置は、コントローラ10と、コントローラ10に電気的に接続された電極部20と光電センサ30と体動検出部40とを有している。電極部20と光電センサ30と体動検出部40は、使用者の人体に装着される。たとえば、電極部20と光電センサ30と体動検出部40は、サポータ50に取り付けられ、脚等の対象物に装着される。
電極部20は、対象物である筋肉に電気刺激を与えるものである。電極部20は、一組の電極21,22を有している。コントローラ10は、第1の電極21と第2の電極22に出力電圧を供給する。
光電センサ30は、筋肉内の酸素濃度を測定するものであり、酸素濃度に応じた測定信号を出力する。コントローラ10は、測定信号に基づいて、酸素濃度を算出する。
体動検出部40は、対象物の体動を検出する。体動検出部40は、角速度センサ41,42を有している。角速度センサ41,42は、下肢の動きを検出するために用いられる。角速度センサ41は、サポータ50によって大腿71に装着される。角速度センサ42は、サポータ50によって下腿72に装着される。このように、一対の角速度センサ41,42は、下肢の膝を挟んで配置される。角速度センサ41は、股関節を中心に回転する大腿71の角速度に応じた検出信号を出力する。角速度センサ42は、膝関節を中心に回転する下腿72の角速度に応じた検出信号を出力する。
体動検出部40は、対象物の体動を検出する。体動検出部40は、角速度センサ41,42を有している。角速度センサ41,42は、下肢の動きを検出するために用いられる。角速度センサ41は、サポータ50によって大腿71に装着される。角速度センサ42は、サポータ50によって下腿72に装着される。このように、一対の角速度センサ41,42は、下肢の膝を挟んで配置される。角速度センサ41は、股関節を中心に回転する大腿71の角速度に応じた検出信号を出力する。角速度センサ42は、膝関節を中心に回転する下腿72の角速度に応じた検出信号を出力する。
コントローラ10は、体動検出部40と光電センサ30による検出結果に基づいて、電極部20に供給する電圧(刺激電圧)を制御する。電極部20に供給する電圧は、電極部20から筋肉に与える電気刺激の強度に対応する。したがって、コントローラ10は、電気刺激の強度を制御する。
コントローラ10は、光電センサ30から出力される測定信号に基づいて血中酸素濃度を算出する。また、コントローラ10は、体動検出部40(角速度センサ41,42)から出力される検出信号に基づいて、対象物の状態を判定する。そして、コントローラ10は、血中酸素濃度と対象物の状態に基づいて、電極部20(第1の電極21及び第2の電極22)に供給する電圧(電気刺激の強度)を制御する。
電極部20(第1の電極21及び第2の電極22)と光電センサ30は、脚等の表面に装着可能なサポータ50に取り付けられている。第1の電極21と第2の電極22は、それぞれ電気的に絶縁され、別の電極及びコントローラ10などへの電気の回り込みが抑制される。
図2に示すように、光電センサ30は、筋肉中の酸素濃度に応じた測定信号Isを出力する。角速度センサ41,42は、取着された部位の角速度に応じた検出信号K1,K2を出力する。
コントローラ10は、制御部11、操作表示部12、電源部13を有している。
操作表示部12は、入力操作が可能な操作部と、情報を表示する表示部とを備えている。操作部は、1又は複数の操作ボタンを有している。操作部は、使用者の操作に基づいて設定される設定値やモードの情報等を出力する。表示部は、液晶画面などの表示装置を有している。表示部は、制御部11から出力される各種信号に基づいて、酸素濃度等の数値、各種のメッセージ、画像等を表示する。各種のメッセージは、たとえば、筋肉の状態、使用者に操作部の操作を促す文字列、等である。
操作表示部12は、入力操作が可能な操作部と、情報を表示する表示部とを備えている。操作部は、1又は複数の操作ボタンを有している。操作部は、使用者の操作に基づいて設定される設定値やモードの情報等を出力する。表示部は、液晶画面などの表示装置を有している。表示部は、制御部11から出力される各種信号に基づいて、酸素濃度等の数値、各種のメッセージ、画像等を表示する。各種のメッセージは、たとえば、筋肉の状態、使用者に操作部の操作を促す文字列、等である。
制御部11は、電圧指令Vcを出力する。電源部13は、電圧指令Vcに応じた出力電圧Vxを出力する。
制御部11は、動作モードとして第1のモードと第2のモードとを有している。第1のモードにおいて、制御部11は、電圧指令Vcを制御し、対象物に対する刺激電圧値Vpを設定する。詳述すると、制御部11は、電圧指令Vcを制御し、電圧指令Vcに対する測定信号Isと検出信号K1,K2を得る。制御部11は、測定信号Isに基づいて血中酸素濃度Xsを算出する。制御部11は、検出信号K1,K2に基づいて、使用者(対象物)が静的状態か動的状態かを判定する。そして、制御部11は、静的状態における血中酸素濃度Xsに基づいて、刺激電圧値Vpを設定する。つまり、第1のモードは、対象物に応じた刺激電圧値Vpを設定する設定モードである。
制御部11は、動作モードとして第1のモードと第2のモードとを有している。第1のモードにおいて、制御部11は、電圧指令Vcを制御し、対象物に対する刺激電圧値Vpを設定する。詳述すると、制御部11は、電圧指令Vcを制御し、電圧指令Vcに対する測定信号Isと検出信号K1,K2を得る。制御部11は、測定信号Isに基づいて血中酸素濃度Xsを算出する。制御部11は、検出信号K1,K2に基づいて、使用者(対象物)が静的状態か動的状態かを判定する。そして、制御部11は、静的状態における血中酸素濃度Xsに基づいて、刺激電圧値Vpを設定する。つまり、第1のモードは、対象物に応じた刺激電圧値Vpを設定する設定モードである。
上記したように、電極部20に供給する電圧は、電極部20から筋肉に与える電気刺激の強度に対応する。したがって、制御部11は、静的状態における血中酸素濃度Xsに基づいて、対象物に与える電気刺激の強度(刺激強度)を設定する。
第2のモードにおいて、制御部11は、第1のモードにおいて設定した刺激電圧値Vpに応じた電圧指令Vcを出力する。電源部13は、電圧指令Vcに応じた出力電圧Vxを出力する。この第2のモードは、刺激電圧値Vpに応じた電気刺激を対象物に与えるモードであり、たとえばトレーニングモードである。
制御部11における機能の概要を説明する。
制御部11は、酸素濃度算出部14、体動判定部15、電圧設定部16、電気刺激制御部17を有している。
制御部11は、酸素濃度算出部14、体動判定部15、電圧設定部16、電気刺激制御部17を有している。
酸素濃度算出部14は、測定信号Isに基づいて、筋肉内の酸素濃度Xsを算出する。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて対象物の体動状態を判定し、判定結果に応じた判定信号M1を出力する。電圧設定部16は、酸素濃度Xsと判定信号M1とに基づいて、対象物に対して適した刺激電圧値Vpを設定する。電気刺激制御部17は、対象物に加える電気刺激を制御する。第1のモードにおいて、電気刺激制御部17は、電源部13に供給する電圧指令Vcを制御する。第2のモードにおいて、電気刺激制御部17は、電圧設定部16において設定した刺激電圧値Vpに応じた電圧指令Vcを出力する。
次に、各部を詳述する。
酸素濃度算出部14は、光電センサ30の測定信号Isに基づいて、筋肉内の酸素濃度Xsを算出する。
酸素濃度算出部14は、光電センサ30の測定信号Isに基づいて、筋肉内の酸素濃度Xsを算出する。
図3に示すように、光電センサ30は、発光部31と受光部32とを有している。発光部31と受光部32は、所定の間隔Wにて離間して配置されている。発光部31と受光部32との間隔Wは、測定対象に応じて設定されている。
発光部31は、対象物の内部に向かって検出光を出射する。検出光は、体肢の内部を通過して、受光部32に到達する。間隔Wは、目的の透過深度に応じて設定される。たとえば、間隔Wは、透過深度の2倍程度に設定することが好ましい。たとえば、筋肉内の血中酸素濃度の測定に好ましい透過深度を15ミリメートル(mm)とする場合、発光部31と受光部32との間隔Wは30mmが好ましい。
検出光は、近赤外領域の波長の光である。受光部32は、近赤外領域に感度を有する受光素子である。発光部31は、たとえば発光ダイオード(LED)である。受光部32は、たとえばフォトダイオード(PD)である。受光部32は、たとえば700〜900nmの範囲及びこの付近の波長に最大感度となる特性を有している。
発光部31は、3つの発光素子を含む、所謂マルチLEDである。各発光素子は、それぞれ波長が異なる検出光を放射する。検出光として用いられる光の波長は、たとえば760ナノメートル(nm),805nm,840nmである。発光部31は、波長が異なる複数(本実施形態では3つ)の光を含む検出光を出射する。なお、各発光素子から出射される光を検出光として説明する場合がある。
図4に示すように、検出光33は、3つの検出光A,B,Cを含む。検出光A,B,Cの波長は、それぞれ760nm,805nm,840nmである。たとえば、図2に示す酸素濃度算出部14は、パルス状の検出光A,B,Cを、この順番で発光するように、発光部31を制御する。また、酸素濃度算出部14は、検出光33を、所定の時間間隔で繰り返し発光するように、発光部31を制御する。さらに、酸素濃度算出部14は、波長が互いに異なる3つの検出光A,B,Cの発光強度または発光量を所定値とするように制御する。
図2に示す受光部32は、発光部31から出射されて生体組織を通過した近赤外光を受光し、受光した光の受光強度又は受光量に対応するレベルの測定信号Isを出力する。
酸素濃度算出部14は、測定信号Isと、各検出光A,B,Cの発光タイミングに基づいて、各検出光A,B,Cに対する受光強度又は受光量を得る。そして、酸素濃度算出部14は、3波長それぞれの発光量と受光量とに基づいて、各波長に対する対象物の吸光度を算出する。そして、酸素濃度算出部14は、算出した吸光度に基づいて、所定の推定式によって酸素濃度Xsを算出する。推定式は、各波長の吸光度の線形結合で表される。なお、酸素濃度Xsを算出する推定式は、装置の状態等、条件によって異なる。
酸素濃度算出部14は、測定信号Isと、各検出光A,B,Cの発光タイミングに基づいて、各検出光A,B,Cに対する受光強度又は受光量を得る。そして、酸素濃度算出部14は、3波長それぞれの発光量と受光量とに基づいて、各波長に対する対象物の吸光度を算出する。そして、酸素濃度算出部14は、算出した吸光度に基づいて、所定の推定式によって酸素濃度Xsを算出する。推定式は、各波長の吸光度の線形結合で表される。なお、酸素濃度Xsを算出する推定式は、装置の状態等、条件によって異なる。
酸素濃度Xsは、いわゆる酸素飽和度であり、血液中のヘモグロビンのうち、実際に酸素を運んでいるヘモグロビンである酸素化ヘモグロビンの比率を示し、単位は%(パーセント)である。血液中のヘモグロビンは体内で酸素と結合する。結合の有無によって血液を通過する検出光において、近赤外領域における吸光度が変化する。つまり、複数の波長に対する吸光度に差が生じる。したがって、各波長の吸光度により、酸素化ヘモグロビンの比率、つまり、酸素濃度が得られる。
光電センサ30は、人体の筋肉に対応する部位の体表面に取り付けられる。したがって、酸素濃度算出部14は、光電センサ30の透過深度の範囲内にある筋肉中の血液における酸素濃度Xsを算出する。光電センサ30は、所定の時間間隔毎に検出光33を出射する。そして、光電センサ30は、受光量に応じた測定信号Isを出力する。つまり、光電センサ30は、血中酸素濃度を継続的に測定し、その血中酸素濃度に応じた測定信号Isを出力する。
酸素濃度算出部14は、測定信号Isに基づいて、酸素濃度Xsを順次算出する。たとえば、酸素濃度算出部14は、検出光の出射間隔と等しい時間間隔で、酸素濃度Xsを算出する。したがって、酸素濃度算出部14は、光電センサ30から出力される測定信号Isに基づいて、酸素濃度Xsの時系列データを出力する。
体動判定部15は、角速度センサ41,42に接続されている。体動判定部15は、角速度センサ41,42から出力される検出信号K1,K2に基づいて、使用者の体動の有無を判定し、判定結果に応じた判定信号M1を出力する。
角速度センサ41は、図1に示す大腿71に取着され、回転する大腿71の角速度に応じた検出信号K1を出力する。同様に、角速度センサ42は、図1に示す下腿72に取着され、回転する下腿72の角速度に応じた検出信号K2を出力する。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて、身体(大腿71と下腿72)の動作状態を判定する。そして、体動判定部15は、判定結果に応じた値(「1」または「0」)の判定信号M1を出力する。
体動判定部15は、たとえば検出信号K1,K2を信号処理する。信号処理は、たとえば、高周波成分等のノイズの除去、移動平均値の算出、および周波数解析などを含む。体動判定部15は、信号処理により、大腿71と下腿72の角速度(デジタル値)を得る。
体動判定部15は、図示しない記憶部を有している。記憶部の一例は不揮発性メモリ等である。記憶部には体動判定のための閾値が記憶されている。閾値は、大腿71に対応する第1の閾値th1と、下腿72に対応する第2の閾値th2を含む。たとえば、第1の閾値th1と第2の閾値th2は、互いに異なる値である。
体動判定部15は、大腿71の角速度と第1の閾値th1とを大小比較する。比較において、角速度の絶対値を用いる。たとえば、体動判定部15は、角速度が第1の閾値th1より小さいときに大腿71の状態を静的状態と判定し、角速度が第1の閾値th1以上のときに大腿の状態を非静的状態(動作状態)と判定する。
体動判定部15は、下腿72の角速度と第2の閾値th2とを大小比較する。比較において、角速度の絶対値を用いる。たとえば、体動判定部15は、角速度が第2の閾値th2より小さいときに下腿72の状態を静的状態と判定し、角速度が第2の閾値th2以上のときに下腿72の状態を非静的状態(動作状態)と判定する。
体動判定部15は、計時機能を有している。体動判定部15は、静的状態と判定してからの経過時間Tpを計測する。経過時間Tpは、大腿71と下腿72が静的状態を継続している期間である。
体動判定部15の記憶部には、静止判定時間Trfが記憶されている。体動判定部15は、経過時間Tpと静止判定時間Trfとを比較する。体動判定部15は、経過時間Tpが静止判定時間Trfより短いとき、所定値(たとえば、「0」)の判定信号M1を出力する。そして、体動判定部15は、経過時間Tpが静止判定時間Trf以上のとき、継続した静的状態にあると判定し、所定値(たとえば、「1」)の判定信号M1を出力する。
つまり、体動判定部15は、対象とする部位(大腿71及び下腿72)が静止判定時間Trf以上長く静的状態を維持している場合に「1」の判定信号M1を出力する。一方、体動判定部15は、対象とする部位が静的状態にないとき、または静的状態の経過時間Tpが静止判定時間Trfより短いときに「0」の判定信号M1を出力する。
なお、第1の閾値th1と第2の閾値th2は互いに同じ値としてもよい。また、体動判定部15における比較による判定を適宜変更してもよい。たとえば、角速度が第1の閾値th1以下のときに大腿71の状態を静的状態と判定してもよい。他の比較における判定も同様である。
電圧設定部16には、酸素濃度算出部14から出力される酸素濃度Xsと、体動判定部15から出力される判定信号M1が供給される。また、電圧設定部16には、電気刺激制御部17から電圧指令Vcが供給される。電圧設定部16は、酸素濃度Xs、判定信号M1、電圧指令Vcに基づいて、刺激電圧値Vpを調整する。
ここで、電気刺激と筋肉の負荷について説明する。
一般に、筋肉に負荷が与えられると該筋肉中の血管が収縮して酸素濃度が低下することが知られている。また、電気刺激は、筋肉に負荷を与えることが知られている。電気刺激を停止(付加する電圧がゼロボルト)すると、筋肉は負荷から解放された状態となり、筋肉内の酸素濃度が回復する。負荷が大きすぎると、疲労が筋肉を弛緩させることで血流が増加し、酸素濃度が増加する。
一般に、筋肉に負荷が与えられると該筋肉中の血管が収縮して酸素濃度が低下することが知られている。また、電気刺激は、筋肉に負荷を与えることが知られている。電気刺激を停止(付加する電圧がゼロボルト)すると、筋肉は負荷から解放された状態となり、筋肉内の酸素濃度が回復する。負荷が大きすぎると、疲労が筋肉を弛緩させることで血流が増加し、酸素濃度が増加する。
図5は、筋肉に電気刺激を与える出力電圧Vxと酸素濃度Xsの変化を示す。なお、図5において、横軸は時間である。なお、符号は図2に示す実施の形態の符号を用いる。
たとえば、出力電圧Vxを開始電圧V0(たとえば0V(ゼロボルト))から所定の電圧V3まで漸増させる。酸素濃度Xsは、出力電圧Vxに応じて変化する。
たとえば、出力電圧Vxを開始電圧V0(たとえば0V(ゼロボルト))から所定の電圧V3まで漸増させる。酸素濃度Xsは、出力電圧Vxに応じて変化する。
対象物が静止し安静状態にあり、出力電圧Vxが印加されていない(=0V)とき、酸素濃度Xsは、ほぼ第1濃度X1にて安定している。出力電圧Vxを上昇させると、酸素濃度Xsが第1濃度X1から低下し始める。この酸素濃度Xsが低下し始める点を低酸素開始点(酸素濃度Xsの波形における変曲点)P1とする。そして、低酸素開始点P1、つまり酸素濃度Xsが低下し始めるときの出力電圧Vxを第1電圧V1とする。さらに、出力電圧Vxを上昇させると、酸素濃度Xsは第2濃度X2まで低下した後、上昇する。つまり、第2濃度X2は、酸素濃度Xsの最低値となる。この最低値となる変曲点を最低点P2とする。そして、第2濃度X2のときの出力電圧Vxを第2電圧V2とする。
このように、出力電圧Vxが第1電圧V1より高い領域では、酸素濃度Xsは安静状態の酸素濃度(第1濃度X1)より低い低酸素状態となる。つまり、出力電圧Vxが第1電圧V1より高いとき、電気刺激は筋肉に有意な負荷を与える。逆に、出力電圧Vxが第1電圧以下のとき、電気刺激は筋肉に有意な負荷を与えていない。このように、筋肉の状態、つまり電気刺激により有意な負荷が与えられているか否かを酸素濃度Xsにより判定することができる。
なお、筋肉における有意な負荷は、筋肉のトレーニングやリハビリテーションなどの電気療法を行う際、電気療法の効果が得られる負荷である。以下では、トレーニングに有意な負荷を筋肉に付与する場合について説明し、その他の電気療法については同様であることからその説明を割愛する。トレーニングに効果のある負荷の大きさ(電気刺激の強度)は、個体毎、部位毎によって異なる。よって、筋肉に負荷を与える刺激電圧値Vpも、個体毎、部位毎に定められることが好ましい。
次に、本実施形態における刺激電圧の設定について説明する。
図2に示す電圧設定部16は、酸素濃度算出部14から出力される酸素濃度Xsに基づいて、特徴量となる酸素濃度Xsを検出する。たとえば、電圧設定部16は、酸素濃度Xsの微分値を算出し、負の値がある一定回数繰り返した点を屈曲点として検出し、その屈曲点の酸素濃度Xsを特徴量となる酸素濃度Xsとして検出する。
図2に示す電圧設定部16は、酸素濃度算出部14から出力される酸素濃度Xsに基づいて、特徴量となる酸素濃度Xsを検出する。たとえば、電圧設定部16は、酸素濃度Xsの微分値を算出し、負の値がある一定回数繰り返した点を屈曲点として検出し、その屈曲点の酸素濃度Xsを特徴量となる酸素濃度Xsとして検出する。
電圧設定部16は、特徴量となる酸素濃度Xsを検出すると、トリガ信号TRxを生成する。たとえば、電圧設定部16は、第1のモードが開始されると、所定値(たとえば「0」)のトリガ信号TRxを生成する。そして、特徴量となる酸素濃度Xsを検出すると、所定値(たとえば「1」)のトリガ信号TRxを生成する。
電圧設定部16は、「1」のトリガ信号TRxに基づいて、電気刺激制御部17から出力される電圧指令Vcを印加電圧値IVとして記憶部に記憶する。この印加電圧値IVは、電圧指令Vcに基づいて出力される出力電圧Vx、つまり対象物に印加される電気刺激の強度(印加強度)に対応する。
次に、電圧設定部16は、体動判定部15から出力される判定信号M1に基づいて、上記の印加電圧値IVを判定する。判定信号M1は、対象物が静的状態にあるか動的状態にあるかを示す。上記したように、酸素濃度Xsは、筋肉の負荷(電気刺激)に応じて変化する。また、酸素濃度Xsは、対象物の動き(筋肉の動き)により変化する。したがって、酸素濃度Xsの低下が、電気刺激によるものか、体動によるものかを判定する必要がある。
電圧設定部16は、判定信号M1に基づいて、印加電圧値IVを判定する。「0」の判定信号M1は動作状態を示し、「1」の判定信号M1は静的状態を示す。電圧設定部16は、「0」の判定信号M1に基づいて、印加電圧値IVが体動にかかるものと判定する。そして、電圧設定部16は、この印加電圧値IVを削除する。電圧設定部16は、「1」の判定信号M1に基づいて、印加電圧値IVが電気刺激により低下する酸素濃度Xsに対応するものと判定する。そして、電圧設定部16は、この印加電圧値IVを刺激電圧値Vpとして設定し、その刺激電圧値Vpを記憶部に記憶する。
なお、電圧設定部16は、上記のトリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを生成する。たとえば、電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1を論理合成(論理積演算)して推定トリガTReを生成する。このようにして生成される推定トリガTReは、静的状態且つ酸素濃度Xsが低下したときに「1」となり、動作状態または酸素濃度Xsが低下していないときに「0」となる。したがって、電圧設定部16は、「1」の推定トリガに基づいて電圧指令Vcを印加電圧値IV、刺激電圧値Vpとして記憶する。
電気刺激制御部17は、所定のタイミングで第1のモードを終了する。たとえば、電気刺激制御部17には、漸増させる電圧指令Vcの上限値が設定されている。上限値は、実験等により、上記の酸素濃度Xsが低下するときの電圧指令Vcよりも大きな値(たとえば2倍)に設定される。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcが上限値を超えると、第1のモードを終了する。たとえば、電気刺激制御部17は、電圧指令Vcをリセット(たとえば、「0」)する。これにより、出力電圧Vxは開始電圧V0となる。なお、上限値は、操作表示部12の操作により変更可能としてもよい。
また、電気刺激制御部17は、操作表示部12から出力される指令信号Icに基づいて、第2のモードが設定されると、第2のモードに設定された動作を実行する。電気刺激制御部17は、第2のモードにおいて、出力電圧Vxを電圧設定部16にて設定された刺激電圧値Vpに制御する。たとえば、電気刺激制御部17は、第2のモードにおいて、電圧設定部16から刺激電圧値Vpを読み出す。そして、電気刺激制御部17は、刺激電圧値Vpと等しい電圧指令Vcを生成し、電源部13に出力する。電源部13は、その電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxを出力する。これにより、電気刺激装置は、刺激電圧値Vpに応じた出力電圧Vxを第1の電極21と第2の電極22に供給する。
次に、上記の電気刺激装置の作用を説明する。
なお、説明中の各部材については図2等を参照されたい。
先ず、体動がない(静的状態)場合を説明する。
なお、説明中の各部材については図2等を参照されたい。
先ず、体動がない(静的状態)場合を説明する。
図6に示すように、「1」の判定信号M1が体動判定部15から出力される。
時刻t10において起動または第1のモードが設定される。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを開始電圧V0(=0ボルト)とする。酸素濃度算出部14は、測定信号Isに基づいて酸素濃度Xsを算出する。このとき、酸素濃度Xsは、ほぼ第1濃度X1となる。
時刻t10において起動または第1のモードが設定される。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを開始電圧V0(=0ボルト)とする。酸素濃度算出部14は、測定信号Isに基づいて酸素濃度Xsを算出する。このとき、酸素濃度Xsは、ほぼ第1濃度X1となる。
電気刺激制御部17は、経過時間を計測し、その経過時間が刺激開始タイミング時間Tstになると(時刻t11)、電圧指令Vcを漸増させる。この電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxが漸増する。そして、酸素濃度Xsが低下すると(時刻t12)、電圧設定部16は、このときの酸素濃度Xsに対する電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。
電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを生成する。この場合、「1」のトリガ信号TRxと「1」の判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを「1」とする。電圧設定部16は、この「1」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを、刺激電圧値Vpとして記憶する。電気刺激制御部17は、所定値まで電圧指令Vcを漸増させると、第1のモードを終了する。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを開始電圧V0とする。
次に、第2のモードが設定されると、電気刺激制御部17は、電圧設定部16から刺激電圧値Vpを読み出す。そして、電気刺激制御部17は、刺激電圧値Vpと等しい電圧指令Vcを出力する。この電圧指令Vcに基づいて、電源部13から出力電圧Vxが電極21,22に供給される。したがって、刺激電圧値Vpに応じた電気刺激が対象物に付加される。この電気刺激により対象物の筋肉に適切な負荷が加えられ、効果的にトレーニングが行われる。そして、操作表示部12の操作に基づいて、第2のモードを終了する。
次に、体動がある(動作状態)場合を説明する。なお、ここでは、体動のみによる酸素濃度Xsの変動について説明する。
図7に示す時刻t21において体動があると、酸素濃度Xsが低下する。電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t21における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて動作状態と判定し、「0」の判定信号M1を出力する。
図7に示す時刻t21において体動があると、酸素濃度Xsが低下する。電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t21における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて動作状態と判定し、「0」の判定信号M1を出力する。
電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを生成する。この場合、「1」のトリガ信号TRxと「0」の判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを「0」とする。電圧設定部16は、この「0」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを削除する。したがって、体動があったとき、刺激電圧値Vpは記憶されない。
時刻t22において、体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて静的状態と判定し、「1」の判定信号M1を出力する。電気刺激制御部17は、経過時間を計測し、その経過時間が刺激開始タイミング時間Tstになると(時刻t23)、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを漸増させる。
時刻t24において体動があると、酸素濃度Xsが低下する。電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t24における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて動作状態と判定し、「0」の判定信号M1を出力する。電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、「0」の推定トリガTReを生成する。電圧設定部16は、この「0」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを削除する。したがって、体動があったとき、刺激電圧値Vpは記憶されない。
時刻t25において、体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて静的状態と判定し、「1」の判定信号M1を出力する。電気刺激制御部17はさらに、電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxを漸増させる。そして、酸素濃度Xsが低下すると(時刻t26)、電圧設定部16は、この時刻t26における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。
電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを生成する。この場合、「1」のトリガ信号TRxと「1」の判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを「1」とする。電圧設定部16は、この「1」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを、刺激電圧値Vpとして記憶する。
したがって、酸素濃度Xsが低下したとき、体動有りの場合には、印加電圧値IVが削除され、刺激電圧値Vpは設定されない。そして、酸素濃度Xsが低下し、静的状態のとき、印加電圧値IVに基づいて刺激電圧値Vpが設定される。このように、静的状態における酸素濃度Xsの低下に基づいて刺激電圧値Vpが設定される。また、体動があったときの酸素濃度Xsの低下に基づく刺激電圧値Vpの誤設定が防止される。
次に、刺激電圧値Vpの設定の比較例を説明する。
図8は、体動検出の無い電気刺激装置の動作を示す。なお、説明において上記の実施の形態と同じ符号を用いる。
図8は、体動検出の無い電気刺激装置の動作を示す。なお、説明において上記の実施の形態と同じ符号を用いる。
時刻t31において、体動により酸素濃度Xsが低下すると、電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t31における電圧指令Vcを刺激電圧値Vpとする。この場合、刺激電圧値Vpは、開始電圧V0の電圧指令Vcと等しい(=0)。次に、電気刺激制御部17は、経過時間を計測し、その経過時間が刺激開始タイミング時間Tstになると(時刻t32)、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを漸増させる。
時刻t33において、体動により酸素濃度Xsが低下すると、電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t33における電圧指令Vcを刺激電圧値Vpとする。電気刺激制御部17はさらに、電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxを漸増させる。そして、時刻t34において、酸素濃度Xsが低下すると、電圧設定部16は、この時刻t34における電圧指令Vcを刺激電圧値Vpとする。
したがって、この比較例では、時刻t31,t33,t34の電圧指令Vcのいずれか1つが刺激電圧値Vpとして設定される。たとえば、時刻t31,t33における電圧指令Vcにより刺激電圧値Vpを設定した場合、誤設定となり、対象物に適切な電気刺激を与えることができない。
次に、電気刺激により体動が発生する場合について説明する。
図1に示すように、電極部20は、サポータ50により使用者の大腿71に配設されている。
図1に示すように、電極部20は、サポータ50により使用者の大腿71に配設されている。
図9(a)に示すように、電気刺激装置は、大腿71に電気刺激73を与える。すると、一部の使用者は、刺激電圧値Vpを設定する際に対象物(大腿71)に与えられる電気刺激73により、図9(b)に示すように、下腿72が動いてしまうことがある。下腿72が動くと、酸素濃度Xsが変化する。つまり、酸素濃度Xsの変化を誤検出する場合がある。
本実施の形態の電気刺激装置は、大腿71と下腿72とにそれぞれ角速度センサ41,42が配設されている。したがって、大腿71の動きと下腿72の動きをそれぞれ検出することができる。
図2に示す体動判定部15は、角速度センサ41,42の検出信号K1,K2に基づいて、図9(a)に示す大腿71と下腿72の少なくとも一方の動きを検出した場合に体動有り(動作状態)と判定し、「0」の判定信号M1を出力する。
図10に示すように、電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを漸増させる。
時刻t41において、電気刺激により下腿72が動くと、酸素濃度Xsが低下する。電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t41における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて、「0」の判定信号M1を生成する。電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、「0」の推定トリガTReを生成する。電圧設定部16は、この「0」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを削除する。したがって、体動があったとき、刺激電圧値Vpは記憶されない。
時刻t41において、電気刺激により下腿72が動くと、酸素濃度Xsが低下する。電圧設定部16は、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t41における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて、「0」の判定信号M1を生成する。電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、「0」の推定トリガTReを生成する。電圧設定部16は、この「0」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを削除する。したがって、体動があったとき、刺激電圧値Vpは記憶されない。
体動判定部15は、検出信号K1,K2に基づいて静的状態と判定し、「1」の判定信号M1を出力する。電気刺激制御部17はさらに、電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxを漸増させる。そして、酸素濃度Xsが低下すると(時刻t42)、電圧設定部16は、この時刻t42における電圧指令Vcを印加電圧値IVとする。また、電圧設定部16は、トリガ信号TRxを「1」とする。
電圧設定部16は、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを生成する。この場合、「1」のトリガ信号TRxと「1」の判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを「1」とする。電圧設定部16は、この「1」の推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを、刺激電圧値Vpとして記憶する。したがって、酸素濃度Xsが低下したとき、体動有りの場合には、印加電圧値IVが削除され、刺激電圧値Vpは設定されない。そして、酸素濃度Xsが低下し、静的状態のとき、印加電圧値IVに基づいて刺激電圧値Vpが設定される。このように、電気刺激による体動があったときの酸素濃度Xsの低下に基づく刺激電圧値Vpの誤設定が防止される。
ここで、刺激電圧値Vpの調整の比較例を説明する。
たとえば、筋肉に負荷を与える刺激電圧値Vpは、筋肉に使用者が耐えうる最大の痛みを感じる電圧に基づいて定められる。詳述すると、筋肉に使用者が耐えうる最大の痛みを感じる電圧を特定し、当該電圧を小さくすることによって実際に筋肉に負荷を与える刺激電圧値Vpが定められる。しかし、主観的であって個人差も含む痛みに基づき定められる刺激電圧値Vpに客観性を求めることは難しい。また、刺激用電圧を定める都度、筋肉に使用者が耐えうる最大の痛みを感じる電圧が印加されるため、使用者の負担や不快感は少なくない。
たとえば、筋肉に負荷を与える刺激電圧値Vpは、筋肉に使用者が耐えうる最大の痛みを感じる電圧に基づいて定められる。詳述すると、筋肉に使用者が耐えうる最大の痛みを感じる電圧を特定し、当該電圧を小さくすることによって実際に筋肉に負荷を与える刺激電圧値Vpが定められる。しかし、主観的であって個人差も含む痛みに基づき定められる刺激電圧値Vpに客観性を求めることは難しい。また、刺激用電圧を定める都度、筋肉に使用者が耐えうる最大の痛みを感じる電圧が印加されるため、使用者の負担や不快感は少なくない。
また、トレーニングの目的に適する刺激電圧値Vpを定めるには、理学療法士や作業療法士等の専門家の判断が必要である、このため、使用者自身が刺激電圧値Vpを適切に定めることは難しい。専門家が刺激電圧値Vpを定める場合、各専門家が独自の知識や経験に基づいて、電気刺激装置を操作し、使用者の状態を監視することを通じて使用者が耐えうる最大の電圧を得る。そして、専門家は得られた電圧に基づく計算によって目的に適した負荷が筋肉に与えられるように刺激電圧値Vpを定める。このため、刺激電圧値Vpが客観的に定められないおそれがある。
本実施形態の電気刺激装置において、酸素濃度算出部14は、光電センサ30の測定信号Isに基づいて酸素濃度Xsを算出する。測定信号Isは、対象物の筋肉の血液中の酸素濃度に対応する。酸素濃度Xsは、出力電圧Vxによる電気刺激によって筋肉に有意な負荷が与えられることにより変化する。このため、出力電圧Vxに応じて変化する酸素濃度Xsを利用することにより刺激電圧値Vpが客観的に定められる。
また、測定に基づく酸素濃度Xsを用いることで、使用者に筋肉に耐えうる最大の痛みを感じさせる電圧よりも低い電圧からでも、筋肉に有意な負荷が与えられる電圧を検出することができる。よって、刺激電圧値Vpを定める際、使用者に耐えうる最大の痛みを含む強い痛みを感じさせるおそれが少なく、使用者の負担や不快感が軽減される。
以上説明したように、本実施の形態1によれば、以下の効果を奏する。
(1−1)電気刺激装置は、対象物に電気刺激を与える電極部20と、対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号Isを出力する光電センサ30と、対象物の体動状態に応じた検出信号K1,K2を出力する体動検出部40を有している。コントローラ10は、対象物に電気刺激を与えるための出力電圧Vxを電極部20に供給する。コントローラ10の制御部11は、出力電圧Vxを漸増し、測定信号Isに基づいて対象物の酸素濃度Xsの変化を検出する。そして、制御部11は、検出した酸素濃度Xsに対応する電圧指令Vcを印加電圧値IV(印加強度)とする。また、制御部11は、検出信号K1,K2に基づいて、対象物が静的状態か動的状態かを判定する。そして、制御部11は、静的状態にあるときの印加電圧値IVを刺激電圧値Vpとして設定する。
(1−1)電気刺激装置は、対象物に電気刺激を与える電極部20と、対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号Isを出力する光電センサ30と、対象物の体動状態に応じた検出信号K1,K2を出力する体動検出部40を有している。コントローラ10は、対象物に電気刺激を与えるための出力電圧Vxを電極部20に供給する。コントローラ10の制御部11は、出力電圧Vxを漸増し、測定信号Isに基づいて対象物の酸素濃度Xsの変化を検出する。そして、制御部11は、検出した酸素濃度Xsに対応する電圧指令Vcを印加電圧値IV(印加強度)とする。また、制御部11は、検出信号K1,K2に基づいて、対象物が静的状態か動的状態かを判定する。そして、制御部11は、静的状態にあるときの印加電圧値IVを刺激電圧値Vpとして設定する。
対象物の酸素濃度Xsは、対象物に与えられる電気刺激により変化する。また、対象物の酸素濃度Xsは、対象物の体動により変化する。
本実施の形態の電気刺激装置によれば、制御された電気刺激による対象物の酸素濃度Xsの変化に基づいて印加する印加電圧値IVが推定される。検出信号K1,K2により対象物が静的状態か動的状態かが判定される。そして、静的状態にあるときに印加電圧値IVを、対象物に応じた刺激電圧値Vpとして設定される。これにより、対象物に応じた刺激電圧値Vpを客観的に設定することができる。また、本実施の形態の電気刺激装置によれば、体動検出の無い電気刺激装置と比較して刺激電圧値Vpを誤設定するおそれが低いため、対象物に適切な電気刺激が与えられる。
本実施の形態の電気刺激装置によれば、制御された電気刺激による対象物の酸素濃度Xsの変化に基づいて印加する印加電圧値IVが推定される。検出信号K1,K2により対象物が静的状態か動的状態かが判定される。そして、静的状態にあるときに印加電圧値IVを、対象物に応じた刺激電圧値Vpとして設定される。これにより、対象物に応じた刺激電圧値Vpを客観的に設定することができる。また、本実施の形態の電気刺激装置によれば、体動検出の無い電気刺激装置と比較して刺激電圧値Vpを誤設定するおそれが低いため、対象物に適切な電気刺激が与えられる。
(1−2)制御部11は、電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxを漸増し、そのときの酸素濃度Xsの変化に基づいて、酸素濃度Xsが低下し始める点(低酸素開始点)の電圧指令Vcを刺激電圧値Vpとして設定する。したがって、専門家等の電気刺激装置の操作の煩わしさを低減し、容易に使用することができる。
(1−3)制御部11は、対象物が動的状態にあると判定した場合、推定した印加電圧値IVを削除する。対象物の体動によって酸素濃度Xsが低下する。このような酸素濃度Xsの低下を検出して刺激電圧値Vpを設定した場合、その刺激電圧値Vpが適切か否かを判断する必要がある。本実施の形態の電気刺激装置は、体動があったときの印加電圧値IVを削除するため、確認等の手間がかからないため、容易に使用することができる。
(1−4)制御部11は、第1のモードにおいて、出力電圧Vxを制御し、酸素濃度Xsの変化に基づいて刺激電圧値Vpを設定する。そして、第2のモードにおいて、刺激電圧値Vpに応じた電圧指令Vcを設定し、出力電圧Vxにより対象物に電気刺激を与える。したがって、第1のモードにおいて客観的に設定された刺激電圧値Vpにより第2のモードにて適切な強度の電気刺激を与えることができる。
(実施の形態2)
実施の形態2の電気刺激装置は以下に説明する点において実施の形態1の電気刺激装置と相違し、その他の点において実施の形態1の電気刺激装置と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態2の電気刺激装置の説明は実施の形態1の電気刺激装置と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
実施の形態2の電気刺激装置は以下に説明する点において実施の形態1の電気刺激装置と相違し、その他の点において実施の形態1の電気刺激装置と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態2の電気刺激装置の説明は実施の形態1の電気刺激装置と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
電気刺激制御部17は、電気刺激制御にかかる指令信号Cvを出力する。指令信号Cvは、対象物に対する電気刺激の有無を示す。たとえば、電気刺激制御部17は、電圧指令Vcを生成して対象物(使用者)に電気刺激を印加しているときにたとえば「1」の指令信号Cvを出力し、電気刺激を印加していないときにたとえば「0」の指令信号Cvを出力する。
電圧設定部16は、上記実施の形態1で説明したように、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、推定トリガTReを生成する。そして、本実施の形態の電圧設定部16は、推定トリガTReをカウントする機能を有している。電圧設定部16は、カウント判定値Pxを記憶している。電圧設定部16は、指令信号Cvに基づいて電気刺激を対象物に与えていないときに、推定トリガTReのパルスをカウントする。電圧設定部16は、そのカウント値Pcとカウント判定値Pxを比較する。そして、電圧設定部16は、比較結果に基づいて、やり直しを指示する。
たとえば、電圧設定部16は、カウント値Pcがカウント判定値Pxよりと等しくなった場合、所定のタイミングでやり直しを指示する。所定のタイミングは、たとえば、電気刺激の漸増を開始するタイミングである。電圧設定部16は、電気刺激制御部17から出力される「1」の指令信号Cvに基づいて、やり直しを指示する。
やり直しの指示は、たとえば、電圧設定部16から操作表示部12へ出力する信号により行われる。たとえば、電圧設定部16は、体動の判定エラーを示すエラー信号を操作表示部12に出力する。操作表示部12は、そのエラー信号に基づいて、基本姿勢や静止を促す文字等を表示する。使用者は、その表示に基づいて、基本姿勢を取ったり静止したりする。
次に、この実施の形態2の電気刺激装置の作用を説明する。
図11に示すように、酸素濃度Xsが頻繁に変化する場合がある。実施の形態1にて説明したように、酸素濃度Xsは、対象物の動き(動的状態)により変化する場合がある。また、酸素濃度Xsは、電気刺激による体動により変化する場合がある。しかしながら、判定信号M1が「1」で安定している。したがって、対象物(使用者)は、静的状態にある。また、指令信号Cvは「0」であるため、電気刺激は印加されていない。
図11に示すように、酸素濃度Xsが頻繁に変化する場合がある。実施の形態1にて説明したように、酸素濃度Xsは、対象物の動き(動的状態)により変化する場合がある。また、酸素濃度Xsは、電気刺激による体動により変化する場合がある。しかしながら、判定信号M1が「1」で安定している。したがって、対象物(使用者)は、静的状態にある。また、指令信号Cvは「0」であるため、電気刺激は印加されていない。
この場合、対象物の体動以外の要因により、酸素濃度算出部14が入力する測定信号Isが変化している。要因としては、たとえば光電センサ30(図1参照)の故障、光電センサ30をコントローラ10に接続する配線の断線、その配線に対するノイズの混入、等があげられる。このような場合、酸素濃度Xsの変化に応じて、トリガ信号TRxがパルス状に変化する。そして、判定信号M1が「1」であるため、推定トリガTReもトリガ信号TRxと同様にパルス状に変化する。電圧設定部16は、推定トリガTReをカウントし、そのカウント値Pcとカウント判定値Pxを比較する。そして、電圧設定部16は、比較結果に基づいて、やり直しを指示する。
以上説明したように、本実施の形態2によれば、上記実施の形態1の効果に加え、以下の効果を奏する。
(2−1)電圧設定部16は、推定トリガTReをカウントし、そのカウント値Pcとカウント判定値Pxを比較する。そして、電圧設定部16は、比較結果に基づいて、やり直しを指示する。複数回の酸素濃度の変化は、要因として体動や故障の可能性が考えられる。したがって、酸素濃度の変化のカウント値に基づいてやり直しを行うことで、より正確に刺激強度の設定を行うことが可能となる。
(2−1)電圧設定部16は、推定トリガTReをカウントし、そのカウント値Pcとカウント判定値Pxを比較する。そして、電圧設定部16は、比較結果に基づいて、やり直しを指示する。複数回の酸素濃度の変化は、要因として体動や故障の可能性が考えられる。したがって、酸素濃度の変化のカウント値に基づいてやり直しを行うことで、より正確に刺激強度の設定を行うことが可能となる。
(実施の形態3)
実施の形態3の電気刺激装置は以下に説明する点において実施の形態1の電気刺激装置と相違し、その他の点において実施の形態1の電気刺激装置と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態3の電気刺激装置の説明は実施の形態1の電気刺激装置と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
実施の形態3の電気刺激装置は以下に説明する点において実施の形態1の電気刺激装置と相違し、その他の点において実施の形態1の電気刺激装置と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態3の電気刺激装置の説明は実施の形態1の電気刺激装置と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
図12に示すように、電気刺激装置は、コントローラ10aと、コントローラ10aに電気的に接続された電極部20と光電センサ30と体動検出部40,60とを有している。電極部20と光電センサ30と体動検出部40,60は、使用者の人体に装着される。たとえば、電極部20と光電センサ30と体動検出部40,60は、サポータ50に取り付けられ、脚等の対象物に装着される。
体動検出部40は、対象物の体動を検出する。体動検出部40は、角速度センサ41を有している。角速度センサ41は、大腿71の動きを検出するために用いられる。角速度センサ41は、サポータ50によって大腿71に配設される。角速度センサ41は、股関節を中心に回転する大腿71の角速度に応じた検出信号を出力する。
体動検出部60は、対象物の体動を検出する。体動検出部60は、たとえばゴニオメータ等の角度センサである。体動検出部60は、下肢の膝関節の角度を検出するために用いられる。以下、角度センサ60として説明する。角度センサ60は、サポータ50によって膝関節に配設される。角度センサ60は、センサ部61と支持板62,63とを有している。支持板62,63は、大腿71と下腿72に配設される。したがって、支持板62,63がなす角度は、大腿71と下腿72の間、つまり膝の角度を示す。センサ部61は、支持板62,63がなす角度を検出し、角度に応じた検出信号を出力する。
コントローラ10aは、体動検出部40,60と光電センサ30による検出結果に基づいて、電極部20に供給する電圧(刺激電圧)を設定する。コントローラ10aは、光電センサ30から出力される測定信号に基づいて血中酸素濃度を算出する。コントローラ10aは、体動検出部40(角速度センサ41)から出力される検出信号に基づいて、対象物が静的状態か動的状態かを判定する。また、コントローラ10aは、角度センサ60から出力される検出信号K3に基づいて、対象物の姿勢が基本姿勢か否かを判定する。そして、コントローラ10aは、血中酸素濃度と対象物の判定結果に基づいて、電極部20(第1の電極21及び第2の電極22)に供給する刺激電圧を設定する。
図13に示すように、角度センサ60は、取着された部位、つまり膝角度に応じた検出信号K3を出力する。
コントローラ10aは、制御部11a、操作表示部12、電源部13を有している。
コントローラ10aは、制御部11a、操作表示部12、電源部13を有している。
制御部11aは、動作モードとして第1のモードと第2のモードを有している。第1のモードにおいて、制御部11aは、電圧指令Vcを制御し、対象物に対する刺激電圧値Vpを設定する。詳述すると、制御部11aは、電圧指令Vcを制御し、電圧指令Vcに対する測定信号Isと検出信号K1,K3を得る。制御部11aは、測定信号Isに基づいて血中酸素濃度Xsを算出する。制御部11aは、検出信号K1に基づいて、使用者(対象物)が静的状態か動的状態かを判定する。また、制御部11aは、検出信号K3に基づいて、使用者が基本姿勢か否かを判定する。そして、制御部11aは、判定結果(静的状態、基本姿勢)における血中酸素濃度Xsに基づいて、刺激電圧値Vpを設定する。つまり、第1のモードは、対象物に応じた刺激電圧値を設定する設定モードである。
第2のモードにおいて、制御部11aは、第1のモードにおいて設定した刺激電圧値Vpに応じた電圧指令Vcを出力する。電源部13は、電圧指令Vcに応じた出力電圧Vxを出力する。この第2のモードは、刺激電圧値Vpに応じた電気刺激を対象物に与えるモードであり、たとえばトレーニングモードである。
制御部11aにおける機能の概要を説明する。
制御部11aは、酸素濃度算出部14、体動判定部15a、電圧設定部16a、電気刺激制御部17を有している。
制御部11aは、酸素濃度算出部14、体動判定部15a、電圧設定部16a、電気刺激制御部17を有している。
酸素濃度算出部14は、測定信号Isに基づいて、筋肉内の酸素濃度Xsを算出する。体動判定部15aは、検出信号K1に基づいて、対象物が静的状態か動的状態かを判定する。また、体動判定部15aは、検出信号K3に基づいて、対象物が静的状態か動的状態かを判定する。そして、体動判定部15aは、判定結果に応じた判定信号M1を出力する。電圧設定部16aは、酸素濃度Xsと判定信号M1とに基づいて、対象物に対して適した刺激電圧値Vpを設定する。電気刺激制御部17は、対象物に加える電気刺激を制御する。第1のモードにおいて、電気刺激制御部17は、電源部13に供給する電圧指令Vcを制御する。第2のモードにおいて、電気刺激制御部17は、電圧設定部16aにおいて設定した刺激電圧値Vpに応じた電圧指令Vcを出力する。
次に、体動判定部15aの動作を説明する。
体動判定部15aは、角速度センサ41と角度センサ60とに接続されている。
角速度センサ41は、図12に示す大腿71に取着され、回転する大腿71の角速度に応じた検出信号K1を出力する。体動判定部15aは、検出信号K1に基づいて、身体(下肢)の動作状態を判定する。
体動判定部15aは、角速度センサ41と角度センサ60とに接続されている。
角速度センサ41は、図12に示す大腿71に取着され、回転する大腿71の角速度に応じた検出信号K1を出力する。体動判定部15aは、検出信号K1に基づいて、身体(下肢)の動作状態を判定する。
角度センサ60は、図12に示す膝部分74に取着され、膝角度に応じた検出信号K3を出力する。体動判定部15aは、検出信号K3に基づいて、身体の姿勢が基本姿勢か否かを判定する。そして、体動判定部15aは、判定結果に応じた値の判定信号M1を出力する。たとえば、身体が静的状態にない(動的状態)場合、判定信号M1の値を「0」とする。静的状態、かつ基本姿勢の場合、判定信号M1の値を「1」とする。静的状態で基本姿勢以外の場合、判定信号M1の値を「2」とする。
基本姿勢は、電気刺激の印加により酸素濃度が変化し易い姿勢である。また、基本姿勢は、実用的な姿勢が好ましい。実用的な姿勢は、たとえば、椅子に座した姿勢である。この場合、基本姿勢は、たとえば、椅子等に座し、下腿を床にほぼ垂直に下ろし、上体を座面にほぼ垂直とした姿勢となる。たとえば、椅子に座した上体において膝角度が異なる場合、大腿部の血行動態が変化する。また、上体が直立姿勢の場合と比べ、後傾姿勢は静脈還流が多いことが示唆されている。したがって、後傾姿勢は、直立姿勢と比べ、酸素濃度が変化し難い姿勢といえる。
体動判定部15aの記憶部には、基本姿勢の情報が格納される。基本姿勢の情報は、膝角度判定値Npを含む。膝角度判定値Npは、検出した膝角度に基づいて、基本姿勢と判断するか否かを判定する判定閾値である。膝角度判定値Npは、たとえば10度である。体動判定部15aは、膝角度Naの基準値Nrを設定する。たとえば、体動判定部15aは、第1のモードの開始時における膝角度Naを取得し、その膝角度Naを基準値Nrとして設定する。
図14(a)に示すように、体動判定部15aは、膝角度の変化量θを検出する。体動判定部15aは、大腿71と下腿72とが成す角度を膝角度Naとして検出する。そして、下腿72が動いた状態(斜めの一点鎖線にて示す)の変化量θを得る。
たとえば、体動判定部15aは、所定の時間間隔で、膝角度Naを取得する。体動判定部15aは、取得した膝角度Naと基準値Nrとの差分値(絶対値)ΔNを算出し、差分値ΔNと膝角度判定値Npとを比較する。そして、体動判定部15aは、差分値ΔNが膝角度判定値Np以下の場合、基本姿勢と判定する。一方、差分値ΔNが膝角度判定値Npより大きい場合、基本姿勢ではない(基本姿勢以外)と判定する。
なお、基本姿勢は、年齢、体格等の身体的条件により異なる場合がある。このため、操作表示部12により基本姿勢を選択設定することが好ましい。たとえば、図14(b)に示すように、膝を延ばした状態を基本姿勢とする。基本姿勢は、たとえば、表示部に複数の姿勢パターンを表示し、操作部による選択結果に基づいて、基本姿勢に関する情報をたとえば体動判定部15aに設定する。
電圧設定部16aは、実施の形態1の電圧設定部16と同様に、酸素濃度算出部14から出力される酸素濃度Xsに基づいて、特徴量となる酸素濃度Xsを検出し、その酸素濃度Xsに対応する電圧指令Vcを印加電圧値IVとして記憶部に記憶する。また、電圧設定部16aは、値「1」のトリガ信号TRxを生成する。
次に、電圧設定部16aは、体動判定部15aから出力される判定信号M1に基づいて、上記の印加電圧値IVを判定する。判定信号M1は、対象物が動作状態と姿勢を示す。電圧設定部16aは、判定信号M1に基づいて、印加電圧値IVを判定する。「0」の判定信号M1は動的状態を示す。「1」の判定信号M1は静的状態且つ基本姿勢を示す。「2」の判定信号M1は静的状態且つ基本姿勢以外を示す。
電圧設定部16aは、「0」の判定信号M1に基づいて、印加電圧値IVが体動にかかるものと判定する。そして、電圧設定部16aは、この印加電圧値IVを削除する。電圧設定部16aは、「1」の判定信号M1に基づいて、印加電圧値IVが電気刺激により低下する酸素濃度Xsに対応するものと判定する。そして、電圧設定部16aは、この印加電圧値IVを刺激電圧値Vpとして設定し、その刺激電圧値Vpを記憶部に記憶する。
電圧設定部16aは、「2」の判定信号M1に基づいて、対象物(使用者)が基本姿勢以外の姿勢で静的状態にあると判定する。この場合、電圧設定部16aは、この姿勢の継続時間Tp3を計測する。電圧設定部16aは計時機能を有し、「2」の判定信号M1に基づいて時間計測を開始する。電圧設定部16aの記憶部には、基本姿勢判別時間Tbが記憶されている。
電圧設定部16aは、継続時間Tp3と基本姿勢判別時間Tbとを比較する。そして、電圧設定部16aは、継続時間Tp3が基本姿勢判別時間Tbより大きくなると、やり直しを指示する。やり直しの指示は、たとえば、電圧設定部16aから操作表示部12へ出力する信号により行われる。たとえば、電圧設定部16aは、姿勢エラーを示すエラー信号を操作表示部12に出力する。操作表示部12は、そのエラー信号に基づいて、基本姿勢や静止を促す文字等を表示する。使用者は、その表示に基づいて、基本姿勢を取ったり静止したりする。
次に、上記の電気刺激装置の作用を説明する。
たとえば、操作表示部12は、使用者による開始操作に基づいて、基本姿勢を示すパターンを表示する。その表示にしたがって、使用者は、基本姿勢を取る。そして、使用者の操作(たとえば、「開始」や「次へ」のボタン操作)に基づいて、指令信号Icを出力する。電気刺激制御部17は、指令信号Icに基づいて、第1のモードの動作を開始する。
たとえば、操作表示部12は、使用者による開始操作に基づいて、基本姿勢を示すパターンを表示する。その表示にしたがって、使用者は、基本姿勢を取る。そして、使用者の操作(たとえば、「開始」や「次へ」のボタン操作)に基づいて、指令信号Icを出力する。電気刺激制御部17は、指令信号Icに基づいて、第1のモードの動作を開始する。
先ず、体動が無い場合を説明する。
図15に示すように、静的状態では、「1」の判定信号M1が体動判定部15aから出力される。したがって、実施の形態1の図6と同様に、トリガ信号TRx、判定信号M1、推定トリガTReが生成される。そして、「1」のトリガ信号TRxに基づいて、電圧指令Vcが印加電圧値IVとして設定される。さらに、「1」の推定トリガTReに基づいて、印加電圧値IVが刺激電圧値Vpとして設定される。
図15に示すように、静的状態では、「1」の判定信号M1が体動判定部15aから出力される。したがって、実施の形態1の図6と同様に、トリガ信号TRx、判定信号M1、推定トリガTReが生成される。そして、「1」のトリガ信号TRxに基づいて、電圧指令Vcが印加電圧値IVとして設定される。さらに、「1」の推定トリガTReに基づいて、印加電圧値IVが刺激電圧値Vpとして設定される。
次に、体動がある場合を説明する。
先ず、使用者において、基本姿勢が取られる。
図16に示すように、「1」の判定信号M1が体動判定部15aから出力される。
先ず、使用者において、基本姿勢が取られる。
図16に示すように、「1」の判定信号M1が体動判定部15aから出力される。
時刻t51において、体動(大腿71の動き、膝関節の角度変化)があると、酸素濃度Xsが低下する。電圧設定部16aは、この酸素濃度Xsの低下を検出し、この時刻t51における電圧指令Vcを印加電圧値IVとして記憶する。また、電圧設定部16aは、トリガ信号TRxを「1」とする。体動判定部15aは、検出信号K1,K3に基づいて、「0」の判定信号M1を生成する。電圧設定部16aは、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて、「0」の推定トリガTRe(図示略)を生成する。電圧設定部16aは、この推定トリガTReに基づいて、設定した印加電圧値IVを削除する。
次に、使用者は、膝を伸ばした状態で静止する。静的状態になると、酸素濃度Xsが初期状態(たとえば測定開始時)の値まで上昇し安定する。電圧設定部16aは、この酸素濃度Xsに基づいて、「0」のトリガ信号TRxを生成する。体動判定部15aは、検出信号K1に基づいて静的状態と判定する。また、体動判定部15aは、検出信号K3に基づいて、「2」の判定信号M1を生成する。
電圧設定部16aは、「2」の判定信号M1に基づいて、経過時間の計測を開始する。そして、経過時間が基本姿勢判別時間Tbより大きくなると、電圧設定部16aは、やり直しを指示する。このやり直しの指示に基づいて、操作表示部12に姿勢のやり直しを示す文字等が表示される。制御部11aは、やり直しの指示に基づいて第1のモードの実行を中止する。使用者は、その表示に基づいて、基本姿勢を取ることができる。そして、使用者は、やり直しを示す表示にしたがって操作ボタンを操作する。操作表示部12は、その操作に基づいて指令信号Icを出力する。制御部11aは、その指令信号Icに基づいて、第1のモードを再度実行する。
以上説明したように、本実施の形態3によれば、実施の形態1の効果に加え、以下の効果を奏する。
(3−1)体動検出部60は角度センサであり、膝部分74に取着され、膝角度に応じた検出信号K3を出力する。体動判定部15aは、検出信号K3に基づいて、身体の姿勢が基本姿勢か否かを判定する。酸素濃度Xsは、対象物の姿勢によって変化が異なる場合がある。変化が少ないと、酸素濃度Xsが低下し始める点(低酸素開始点)が検出しにくい。したがって、酸素濃度Xsが変化しやすい姿勢を基本姿勢として、その基本姿勢か否かを判定することで、酸素濃度Xsの変化の検出が容易になる。そして、検出した酸素濃度Xsに応じた電圧指令Vcに基づいて、刺激電圧値Vpを精度よく設定することができる。
(3−1)体動検出部60は角度センサであり、膝部分74に取着され、膝角度に応じた検出信号K3を出力する。体動判定部15aは、検出信号K3に基づいて、身体の姿勢が基本姿勢か否かを判定する。酸素濃度Xsは、対象物の姿勢によって変化が異なる場合がある。変化が少ないと、酸素濃度Xsが低下し始める点(低酸素開始点)が検出しにくい。したがって、酸素濃度Xsが変化しやすい姿勢を基本姿勢として、その基本姿勢か否かを判定することで、酸素濃度Xsの変化の検出が容易になる。そして、検出した酸素濃度Xsに応じた電圧指令Vcに基づいて、刺激電圧値Vpを精度よく設定することができる。
(実施の形態4)
実施の形態4の電気刺激装置は以下に説明する点において実施の形態1の電気刺激装置と相違し、その他の点において実施の形態1の電気刺激装置と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態4の電気刺激装置の説明は実施の形態1の電気刺激装置と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
実施の形態4の電気刺激装置は以下に説明する点において実施の形態1の電気刺激装置と相違し、その他の点において実施の形態1の電気刺激装置と実質的に同じ構成を備える。なお、実施の形態4の電気刺激装置の説明は実施の形態1の電気刺激装置と共通する構成に同一の符号を付し、その構成の説明の一部または全部を省略する。
図17に示すように、電気刺激装置は筋収縮検出部である加速度センサ80をさらに有している。加速度センサ80は、たとえばサポータ50(図1参照)に設けられ、サポータ50が脚等の対象物に装着されたときに対象物の筋肉に取り付けられる。加速度センサ80は、対象物に応じた刺激強度である刺激電圧値Vpを設定するために対象物の筋収縮による筋肉の加速度を検出し、その加速度に関する情報を含む検出信号KAを制御部11に出力する(第1のモード)。すなわち、加速度センサ80は対象物の筋収縮が反映された信号である検出信号KAを出力する。
加速度センサ80の一例は3軸加速度センサである。加速度センサ80により検出される加速度の方向は、たとえば身体の上下方向に沿うX軸方向、身体の幅方向に沿うY軸方向、および、身体の前後方向に沿うZ軸方向である。すなわち、加速度センサ80は、X軸方向の加速度である第1の加速度Ax、Y軸方向の加速度である第2の加速度Ay、および、Z軸方向の加速度である第3の加速度Azを検出し、これらの加速度Ax,Ay,Azに関する情報を含む検出信号KAを制御部11に出力する。
制御部11は筋収縮判定部18をさらに有している。筋収縮判定部18は、加速度センサ80から取得した検出信号KAに基づいて3軸の平方加速度ASを演算する。筋収縮判定部18は、たとえば下記式[1]に基づいて平方加速度ASを演算する。
筋収縮判定部18は、式[1]により演算された平方加速度ASの時系列データにおける差分の累積値である差分累積値ADを算出する。平方加速度ASは、筋収縮判定部18が加速度センサ80から取得した値の一例である。筋収縮判定部18は、たとえば下記式[2]に基づいて差分累積値ADを算出する。なお、式[2]の定数Bは、たとえばサンプリング周波数等に基づいて決められる。
電圧設定部16は、筋収縮判定部18から取得した筋収縮開始点MSに基づいて、筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度以上の強度を刺激電圧値Vpとして設定する。具体的には、電圧設定部16は、たとえば「1」のトリガ信号TRxおよび「1」の判定信号M1に基づいて推定トリガTRe(図6参照)を「1」としたとき、この「1」の推定トリガTReおよび筋収縮開始点MSに基づいて、印加強度である印加電圧値IVを刺激電圧値Vpとして記憶する。すなわち、電圧設定部16は対象物が静的状態である場合において、筋収縮開始点MSに基づいて刺激電圧値Vpを設定する。
一方、電圧設定部16は、たとえば「1」のトリガ信号TRxおよび「0」の判定信号M1に基づいて推定トリガTReを「0」としたとき、この「0」の推定トリガTReに基づいて印加電圧値IVを削除する。すなわち、電圧設定部16は対象物が動的状態である場合において、筋収縮開始点MSに基づいて刺激電圧値Vpを設定しない。
図18は筋収縮判定部18が実行する制御の一例を示すフローチャートである。
筋収縮判定部18はステップS11において、第1のモードが継続されているか否かを判定する。ステップS11において、第1のモードが継続されていると判定された場合、ステップS12の処理に移行する。一方、ステップS11において、第1のモードが継続されていないと判定された場合、筋収縮判定部18による制御が終了する。この場合、対象物に応じた刺激電圧値Vpが設定されない。
筋収縮判定部18はステップS11において、第1のモードが継続されているか否かを判定する。ステップS11において、第1のモードが継続されていると判定された場合、ステップS12の処理に移行する。一方、ステップS11において、第1のモードが継続されていないと判定された場合、筋収縮判定部18による制御が終了する。この場合、対象物に応じた刺激電圧値Vpが設定されない。
筋収縮判定部18はステップS12において、加速度センサ80から取得した検出信号KAおよび式[1]に基づいて平方加速度ASを演算する。
筋収縮判定部18はステップS13において、出力電圧Vxが0よりも高いか否かを判定する。すなわち、筋収縮判定部18は対象物に電気刺激が印加されているか否かを判定する。ステップS13において、出力電圧Vxが0よりも高いと判定された場合、ステップS15の処理に移行する。一方、ステップS13において、出力電圧Vxが0よりも低いと判定された場合、ステップS14の処理に移行する。
筋収縮判定部18はステップS13において、出力電圧Vxが0よりも高いか否かを判定する。すなわち、筋収縮判定部18は対象物に電気刺激が印加されているか否かを判定する。ステップS13において、出力電圧Vxが0よりも高いと判定された場合、ステップS15の処理に移行する。一方、ステップS13において、出力電圧Vxが0よりも低いと判定された場合、ステップS14の処理に移行する。
筋収縮判定部18はステップS14において、ステップS12の処理により演算された平方加速度ASの値を0に設定する。
筋収縮判定部18はステップS15において、平方加速度ASおよび式[2]に基づいて差分累積値ADを算出する。差分累積値ADの算出に用いられる平方加速度ASは、ステップS14の処理を実行したか否かにより決められる。具体的には、ステップS14の処理を経ずにステップS15の処理が実行された場合、差分累積値ADの算出に用いられる平方加速度ASは、ステップS12の処理により演算された平方加速度ASである。一方、ステップS14の処理を経てステップS15の処理が実行された場合、差分累積値ADの算出に用いられる平方加速度ASは0である。
筋収縮判定部18はステップS15において、平方加速度ASおよび式[2]に基づいて差分累積値ADを算出する。差分累積値ADの算出に用いられる平方加速度ASは、ステップS14の処理を実行したか否かにより決められる。具体的には、ステップS14の処理を経ずにステップS15の処理が実行された場合、差分累積値ADの算出に用いられる平方加速度ASは、ステップS12の処理により演算された平方加速度ASである。一方、ステップS14の処理を経てステップS15の処理が実行された場合、差分累積値ADの算出に用いられる平方加速度ASは0である。
筋収縮判定部18はステップS16において、差分累積値ADが所定の閾値thxを超えたか否かを判定する。ステップS16において、差分累積値ADが所定の閾値thxを超えていないと判定された場合、ステップS17の処理に移行する。筋収縮判定部18はステップS17において、ステップS12の処理に用いられる式[1]のnの値、および、ステップS15の処理に用いられる式[2]のnの値を1つ増加させ、ステップS11の処理に戻る。一方、ステップS16において、差分累積値ADが所定の閾値thxを超えたと判定された場合、ステップS18の処理に移行する。
筋収縮判定部18はステップS18において、差分累積値ADと所定の閾値thxとの関係に基づいて筋収縮開始点MSを検出する。一例では、筋収縮判定部18は、差分累積値ADが所定の閾値thxを超えた時点を筋収縮開始点MSとして検出し、筋収縮開始点MSに関する情報を含む信号を電圧設定部16に出力する。ステップS18の処理を終えたとき、筋収縮判定部18による制御が終了する。
図19を参照して、電気刺激装置の作用について説明する。
電気刺激装置は、時刻t60において起動または第1のモードが設定される。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを開始電圧V0とする。
電気刺激装置は、時刻t60において起動または第1のモードが設定される。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを開始電圧V0とする。
電気刺激制御部17は、経過時間を計測し、その経過時間が刺激開始タイミング時間Tstとなった時刻である時刻t61において、電圧指令Vcを漸増させる。この電圧指令Vcに基づいて出力電圧Vxが漸増する。差分累積値ADが所定の閾値thxを超えた時刻である時刻t62において、筋収縮判定部18は筋収縮開始点MSを検出する。そして、電圧設定部16は、推定トリガTReおよび筋収縮開始点MSに基づいて、筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度以上の強度を刺激電圧値Vpとして記憶する。刺激電圧値Vpの一例は筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度である。すなわち、刺激電圧値Vpは第1電圧Vaである。電気刺激制御部17は、所定値まで電圧指令Vcを漸増させると、第1のモードを終了する。電気刺激制御部17は、電圧指令Vcにより出力電圧Vxを開始電圧V0とする。
次に、第2のモードが設定されると、電気刺激制御部17は、電圧設定部16から刺激電圧値Vpを読み出す。そして、電気刺激制御部17は、刺激電圧値Vpと等しい電圧指令Vcを出力する。この電圧指令Vcに基づいて、電源部13から出力電圧Vxが電極21,22に供給される。したがって、刺激電圧値Vpに応じた電気刺激が対象物に付加される。この電気刺激により対象物の筋肉に適切な負荷が加えられ、効果的にトレーニングが行われる。そして、操作表示部12の操作に基づいて、第2のモードを終了する。
以上説明したように、本実施の形態4によれば、実施の形態1の効果に加え、以下の効果を奏する。
(4−1)期待する筋肉の鍛錬の効果は対象物が筋収縮することにより得られる。しかし、電気刺激の強度が使用者等により主観的に設定される場合、対象物が筋収縮しない程度の電気刺激の強度が刺激電圧値Vpとして設定されることがある。この場合、期待する筋肉の鍛錬の効果が得られないおそれがある。一方、電気刺激装置によれば、加速度センサ80による客観的な情報に基づいて筋収縮開始点MSが検出され、その筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度以上の強度が刺激電圧値Vpとして設定される。このため、期待する筋肉の鍛錬の効果が得られやすい。
(4−1)期待する筋肉の鍛錬の効果は対象物が筋収縮することにより得られる。しかし、電気刺激の強度が使用者等により主観的に設定される場合、対象物が筋収縮しない程度の電気刺激の強度が刺激電圧値Vpとして設定されることがある。この場合、期待する筋肉の鍛錬の効果が得られないおそれがある。一方、電気刺激装置によれば、加速度センサ80による客観的な情報に基づいて筋収縮開始点MSが検出され、その筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度以上の強度が刺激電圧値Vpとして設定される。このため、期待する筋肉の鍛錬の効果が得られやすい。
(4−2)対象物に取り付けられた加速度センサ80は、対象物の筋収縮によく反応する。このため、電気刺激装置によれば、筋収縮開始点MSが適切に検出されやすい。また、加速度センサ80は安価かつ小型である。このため、電気刺激装置は生産性の向上および小型化に貢献する。
(4−3)対象物が筋収縮したとき、その筋肉が複数の方向に微細振動することが知られている。電気刺激装置によれば、3軸加速度センサである加速度センサ80から取得した平方加速度ASに基づいて筋収縮開始点MSが検出される。このため、一方向の加速度を測定可能な加速度センサに基づいて筋収縮開始点MSが検出される場合と比較して、適切な筋収縮開始点MSが検出されやすい。
(4−4)対象物に応じた刺激電圧値Vpを設定する過程において、加速度センサ80から取得した値が所定の閾値thxを複数回跨ぐことがある。この場合、筋収縮開始点MSが複数回検出されるため、筋収縮開始点MSが誤検出されるおそれがある。一方、時系列データにおける差分累積値ADは所定の閾値thxを複数回跨ぎにくい。これは、差分累積値ADが増加する傾向にあることが関係している。このため、電気刺激装置によれば、筋収縮開始点MSが誤検出されるおそれが低減される。
(4−5)
電気刺激以外の要因により生じた対象物の筋収縮に基づいて筋収縮開始点MSを検出した場合、刺激電圧値Vpが適切に設定されない。一方、電気刺激装置によれば、対象物に電気刺激が印加されていない場合は筋収縮開始点MSを検出しないため、刺激電圧値Vpが誤設定されるおそれが低減される。
電気刺激以外の要因により生じた対象物の筋収縮に基づいて筋収縮開始点MSを検出した場合、刺激電圧値Vpが適切に設定されない。一方、電気刺激装置によれば、対象物に電気刺激が印加されていない場合は筋収縮開始点MSを検出しないため、刺激電圧値Vpが誤設定されるおそれが低減される。
(変形例)
実施の形態に関する説明は本発明に従う電気刺激装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う電気刺激装置は実施の形態以外にたとえば以下に示す実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
実施の形態に関する説明は本発明に従う電気刺激装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う電気刺激装置は実施の形態以外にたとえば以下に示す実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。
・実施の形態4における筋収縮開始点MSの検出方法は任意に変更可能である。第1の例では、図20に示すように、筋収縮判定部18は加速度センサ80から取得した第1の加速度Axと複数の所定の閾値との関係に基づいて筋収縮開始点MSを検出する。複数の所定の閾値は、たとえば第1の閾値tx1および第2の閾値tx2である。第1の閾値tx1は正の領域に存在する閾値である。第2の閾値tx2は負の領域に存在する閾値である。
筋収縮判定部18は、第1の加速度Axが第1の閾値tx1を超えたこと、または、第1の加速度Axが第2の閾値tx2を超えたことに基づいて、筋収縮開始点MSを検出する。図20に示される例では、第1の加速度Axが第1の閾値tx1を超えた時刻である時刻t71において、筋収縮判定部18は筋収縮開始点MSを検出する。そして、電圧設定部16は、推定トリガTReおよび筋収縮開始点MSに基づいて、筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度以上の強度を刺激電圧値Vpとして記憶する。刺激電圧値Vpの一例は筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度である。すなわち、刺激電圧値Vpは第1電圧Vbである。なお、刺激電圧値Vpは、第1の加速度Axが第1の閾値tx1および第2の閾値tx2を2回目に超えたときに検出された筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度としてもよい。また、加速度センサ80は3軸加速度センサに代えて、一方向の加速度を測定可能な加速度センサであってもよい。
第2の例では、筋収縮判定部18は、第1の例における第1の加速度Axに代えてまたは加えて、加速度センサ80から取得した第2の加速度Ayおよび第3の加速度Azの少なくとも一方と所定の閾値との関係に基づいて筋収縮開始点MSを検出する。第3の例では、筋収縮判定部18は、加速度センサ80から取得した平方加速度ASと所定の閾値との関係に基づいて筋収縮開始点MSを検出する。なお、上記第1の例〜第3の例では、所定の閾値の数は任意に変更可能である。
・実施の形態4において、電圧設定部16は、筋収縮開始点MSにおける電気刺激の強度よりも低い強度を刺激電圧値Vpとして設定してもよい。
・実施の形態4における筋収縮検出部の形態は任意に変更可能である。第1の例では、筋収縮検出部はコンデンサマイクロフォンである。第2の例では、筋収縮検出部は変位センサである。第3の例では、筋収縮検出部は圧力センサである。
・実施の形態4における筋収縮検出部の形態は任意に変更可能である。第1の例では、筋収縮検出部はコンデンサマイクロフォンである。第2の例では、筋収縮検出部は変位センサである。第3の例では、筋収縮検出部は圧力センサである。
・実施の形態4の電気刺激装置における刺激電圧値Vpの設定方法は任意に変更可能である。一例では、電気刺激装置は光電センサ30から出力される測定信号に基づいて設定した第1の刺激電圧値と、加速度センサ80から取得した検出信号KAに基づいて設定した第2の刺激電圧値との平均を刺激電圧値Vpとして設定する。なお、第1の刺激電圧値および第2の刺激電圧値を重み付けした演算式に代入することにより刺激電圧値Vpを設定してもよい。
・実施の形態4の電気刺激装置は、体動検出部40および体動判定部15を省略した形態を取り得る。
・実施の形態4の電気刺激装置は、光電センサ30および酸素濃度算出部14を省略した形態を取り得る。一例では、電気刺激装置は対象物の酸素濃度Xsを用いずに、加速度センサ80から取得した検出信号KAだけに基づいて刺激電圧値Vpを設定する。
・実施の形態4の電気刺激装置は、光電センサ30および酸素濃度算出部14を省略した形態を取り得る。一例では、電気刺激装置は対象物の酸素濃度Xsを用いずに、加速度センサ80から取得した検出信号KAだけに基づいて刺激電圧値Vpを設定する。
・上記各実施の形態において、出力電圧Vxをパルス状としてもよい。
図21に示すように、出力電圧Vxを階段状に高くなるパルス状の電圧として漸増させる。連続する電気刺激は筋肉に疲労を蓄積させる。パルス状の出力電圧Vxにおいて、オフ期間は、筋肉を負荷から解放し、筋肉に休息を与える。つまり、筋肉に疲労が蓄積されることが抑制される。このため、筋肉に過剰な負荷がかかることを抑制し、使用者の負担を抑えることができる。
図21に示すように、出力電圧Vxを階段状に高くなるパルス状の電圧として漸増させる。連続する電気刺激は筋肉に疲労を蓄積させる。パルス状の出力電圧Vxにおいて、オフ期間は、筋肉を負荷から解放し、筋肉に休息を与える。つまり、筋肉に疲労が蓄積されることが抑制される。このため、筋肉に過剰な負荷がかかることを抑制し、使用者の負担を抑えることができる。
・上記各実施の形態において、酸素濃度Xsが低下し始める点(低酸素開始点P1)の検出方法を適宜変更してもよい。たとえば、酸素濃度Xsの曲線の傾き、つまり微分値が負の値をある一定回数繰り返した点を屈曲点として検出し、その屈曲点(酸素濃度Xs)に対応する電圧指令Vcを刺激電圧値Vpとして設定する。
・上記各実施の形態では、酸素濃度Xsが低下し始める点(低酸素開始点P1)に対応する電圧指令Vcを刺激電圧値Vpとして設定した。これに対し、上記のように検出した酸素濃度Xsに対応する電圧指令Vcに基づいて算出した値を刺激電圧値Vpとして設定してもよい。たとえば、オフセット値を記憶し、電圧指令Vcにオフセット値を加算して得た値を刺激電圧値Vpとしてもよい。また、演算係数を記憶し、電圧指令Vcに演算係数を乗算して得た値を刺激電圧値Vpとしてもよい。オフセット値や演算係数は、たとえば操作表示部12の操作により変更するようにしてもよい。
・上記各実施の形態では、制御部11,11aは、操作表示部12の指示により第2のモードを開始する場合について例示した。しかしこれに限らず、制御部11,11aは、第1のモード終了後に自動的に第2のモードを開始してもよい。これにより、刺激電圧値Vpの調整と、刺激電圧値Vpを用いるトレーニングとが連続的に行われるようになる。
・上記構成において、操作表示部12は、タッチパネルでもよい。タッチパネルは、その表面を操作部として用いることにより、ボタンを減らしたり、無くしたりすることができる。
・上記構成において、操作表示部12は、情報の報知が可能であれば、表示部とともに、または、表示部に代えて、音、音声、振動や光などを出力する機能を有していてもよい。これにより、文字や画像以外の方法によって情報を報知することができる。
・上記構成において、電圧設定部16,16aに記憶された刺激電圧値Vpを操作表示部12に表示させるようにしてもよい。この場合、第2のモードで電気刺激制御部17に指示する刺激電圧値Vpは、電圧設定部16,16aからの指示ではなく、使用者が操作表示部12を介して電気刺激制御部17に設定してもよい。
・上記構成において、操作表示部12は、使用者の生体に関する情報が入力されてもよい。生体に関する情報としては、年齢、性別、身長、体重、健康状態などが挙げられる。電気刺激制御部17は、生体に関する情報が操作表示部12から入力され、この入力された情報に基づき電源部13に指示する電圧指令Vcを調整する。筋肉の状態は生体によって相違する。これによれば、筋肉を有する使用者に関する情報を入力することにより、当該使用者に対して適切な強度の電気刺激を与えるように制御することができる。
・上記構成において、電圧設定部16,16aは、図5に示す最低点P2となる酸素濃度Xsを検出し、その酸素濃度Xsに対応する電圧指令Vcに基づいて刺激電圧値Vpを設定するようにしてもよい。最低点P2は、たとえば酸素濃度Xsの微分値が「0」となる点、または微分値が負の値から正の値へと変化する点として検出することができる。
・上記構成において、第2のモードのときの出力電圧Vxは、目的に適合する負荷を筋肉に与えることができるのであれば、一定である他に、漸増、漸減、増加減少を繰り返すように変化してもよい。
・上記構成において、第1の電極21、第2の電極22及び光電センサ30は、筋肉が対象となる部位であれば、脚以外の対象物、たとえば腕、腹部などの部位に装着されてもよい。
・上記構成において、第1の電極21及び第2の電極22は、筋肉に電気刺激を与えることができるものであればよく、使用者の体表面に直接貼り付けられるものなど、サポータ以外の方法で使用者の体に装着されるものであってもよい。
・上記構成において、光電センサ30は、血中酸素濃度を測定することができるのであれば、使用者の体表面に直接貼り付けられるなど、図1に示すサポータ50以外の方法で使用者に装着されてよい。
・上記構成において、発光部31と受光部32との間隔Wは、30mmには限定されない。発光部31と受光部32との間隔Wの1/2の距離が生体組織の透過深度と言われていることから、目的に応じて定まる生体組織の透過深度に応じて発光部31と受光部32との間隔Wを設定することができる。なお、筋肉の酸素濃度を測定することができるのであれば、間隔Wと透過深度との関係は1/2に限定されるものではない。
・上記構成において、発光部31は血中酸素濃度を測定可能であれば、760nm,805nm,840nm以外の波長を用いてもよい。たとえば、波長としては、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの等吸収点である805nmよりを跨ぐような波長を選択することが好ましいが、吸光度に相違が生じればそれ以外の波長が用いられてもよい。
・上記構成において、発光部31は、血中酸素濃度を測定可能であればよく、2波長の光を出射するものでもよい。2波長の場合、たとえば、波長として、760nm,840nmの組合せが挙げられる。
・上記各実施の形態では、出力電圧Vxの変更にて電気刺激の強度を調整する場合について例示したが、電気刺激の強度を調整することができるのであればよく、電流や電力の変更などによって調整してもよい。
・体動検出部として角速度センサ41,42を用いたが、その他のセンサを用いて体動を検出するようにしてもよい。センサとしては、ゴニオメータ(角度計、測角器)、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、加速度センサ等を用いることができる。センサによって、数と取着位置が決定される。たとえば、ゴニオメータは、相対回転可能に軸支された一対の固定片を有している。一方の固定片を大腿に固定し、他方の固定片を下腿に固定し、一対の固定片が成す角度と角度変化を検出する。検出した角度によって膝の角度を、角度変化によって下肢(大腿と下腿の少なくとも一方)の体動を検出することができる。
・第1のモードを終了する条件を適宜変更してもよい。たとえば、電圧指令Vcの漸増開始からの経過時間を計測し、その経過時間が所定値より大きくなったときに第1のモードを終了する。経過時間に対する所定値は、酸素濃度Xsが低下するときの電圧指令Vcの検出を可能とするように設定される。
また、酸素濃度Xsの値に基づいて電圧設定部16aから出力される信号に基づいて、第1のモードを終了させるようにしてもよい。
なお、電圧設定部16aは、出力電圧Vxが漸増し、静的状態のときに酸素濃度Xsが上昇することを検出したときに終了信号を出力するようにしてもよい。
なお、電圧設定部16aは、出力電圧Vxが漸増し、静的状態のときに酸素濃度Xsが上昇することを検出したときに終了信号を出力するようにしてもよい。
・上記各実施の形態において、制御部11,11aに含まれるブロックは、制御部11,11aにおける機能を便宜上分けて示すものであり、これらのブロックに限定されない。たとえば、トリガ信号TRxを酸素濃度算出部14にて生成してもよい。また、トリガ信号TRxと判定信号M1に基づいて推定トリガTReを生成するブロックを電圧設定部16aと別のブロックとしてもよい。
(課題を解決するための手段に関する付記)
〔付記1〕対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の筋収縮が反映された信号を出力する筋収縮検出部と、前記電気刺激の強度を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した信号に基づいて前記対象物に応じた電気刺激の強度である刺激強度を設定する、電気刺激装置。
〔付記1〕対象物に電気刺激を与える電極部と、前記対象物の筋収縮が反映された信号を出力する筋収縮検出部と、前記電気刺激の強度を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した信号に基づいて前記対象物に応じた電気刺激の強度である刺激強度を設定する、電気刺激装置。
〔付記2〕前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した値と所定の閾値との関係に基づいて前記対象物が筋収縮を開始した時点である筋収縮開始点を判定し、前記筋収縮開始点における前記電気刺激の強度以上の強度を前記刺激強度として設定する、付記1に記載の電気刺激装置。
〔付記3〕前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部をさらに有し、前記制御部は、前記測定信号および前記筋収縮検出部から取得した信号に基づいて前記刺激強度を設定する、付記1または2に記載の電気刺激装置。
10,10a:コントローラ
11,11a:制御部
14 :酸素濃度算出部
15,15a:体動判定部
16,16a:電圧設定部(設定部)
17 :電気刺激制御部
20 :電極部
21 :第1の電極
22 :第2の電極
30 :光電センサ(測定部)
40 :体動検出部
41,42 :角速度センサ
60 :角度センサ(体動検出部)
80 :加速度センサ
Xs :酸素濃度
Is :測定信号
K1〜K3 :検出信号
M1 :判定信号
IV :印加電圧値(印加強度)
Vp :刺激電圧値(刺激強度)
thx :所定の閾値
tx1 :第1の閾値(所定の閾値)
tx2 :第2の閾値(所定の閾値)
MS :筋収縮開始点
AS :平方加速度
AD :差分累積値
11,11a:制御部
14 :酸素濃度算出部
15,15a:体動判定部
16,16a:電圧設定部(設定部)
17 :電気刺激制御部
20 :電極部
21 :第1の電極
22 :第2の電極
30 :光電センサ(測定部)
40 :体動検出部
41,42 :角速度センサ
60 :角度センサ(体動検出部)
80 :加速度センサ
Xs :酸素濃度
Is :測定信号
K1〜K3 :検出信号
M1 :判定信号
IV :印加電圧値(印加強度)
Vp :刺激電圧値(刺激強度)
thx :所定の閾値
tx1 :第1の閾値(所定の閾値)
tx2 :第2の閾値(所定の閾値)
MS :筋収縮開始点
AS :平方加速度
AD :差分累積値
Claims (11)
- 対象物に電気刺激を与える電極部と、
前記対象物の酸素濃度に応じて変化する測定信号を出力する測定部と、
前記対象物の体動状態に応じた検出信号を出力する体動検出部と、
前記電気刺激の強度を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記測定信号に基づいて制御した前記電気刺激の強度に応じた前記酸素濃度の変化に基づいて前記対象物に印加する電気刺激の印加強度を推定し、前記検出信号に基づいて前記対象物が静的状態か動的状態かを判定し、前記対象物が静的状態にあるときに前記印加強度を前記対象物に応じた刺激強度として設定する
電気刺激装置。 - 前記制御部は、前記対象物が動的状態にあると判定した場合、推定した前記電気刺激を削除する
請求項1に記載の電気刺激装置。 - 前記体動検出部は、前記対象物の関節における角度に応じた角度検出信号を出力する角度センサを有し、
前記制御部は、前記角度検出信号に基づいて前記対象物が基本姿勢か否かを判定し、前記対象物が基本姿勢で静的状態にあるときに前記印加強度を前記刺激強度として設定する
請求項1または2に記載の電気刺激装置。 - 前記制御部は、前記電気刺激の強度を制御する第1のモードと、前記刺激強度の電気刺激を前記対象物に与える第2のモードとを備える
請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気刺激装置。 - 前記制御部は、前記酸素濃度の変化に応じたトリガ信号をカウントし、カウント値に基づいて前記第1のモードのやり直しを指示する
請求項4に記載の電気刺激装置。 - 前記制御部は、
前記電気刺激を与える電圧指令と、前記電圧指令の出力に応じた指令信号とを出力する電気刺激制御部と、
前記測定信号に基づいて酸素濃度を算出する酸素濃度算出部と、
前記検出信号に基づいて前記対象物が静的状態か動的状態かを判定し、判定結果に応じた判定信号を生成する体動判定部と、
前記酸素濃度に基づいて前記印加強度を推定し、前記判定信号と前記指令信号とに基づいて前記推定した印加強度を判定し、前記刺激強度を設定する設定部とを有する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の電気刺激装置。 - 前記対象物の筋収縮が反映された信号を出力する筋収縮検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した値と所定の閾値との関係に基づいて前記対象物が筋収縮を開始した時点である筋収縮開始点を検出し、前記筋収縮開始点における電気刺激の強度以上の強度を前記刺激強度として設定する
請求項1〜6のいずれか一項に記載の電気刺激装置。 - 前記筋収縮検出部は加速度センサである
請求項7に記載の電気刺激装置。 - 前記加速度センサは3軸加速度センサであり、
前記制御部は、前記加速度センサから取得した信号に基づいて3軸の平方加速度を演算し、その演算結果に基づいて前記筋収縮開始点を検出する
請求項8に記載の電気刺激装置。 - 前記制御部は、前記筋収縮検出部から取得した値の時系列データにおける差分の累積値に基づいて前記筋収縮開始点を検出する
請求項7〜9のいずれか一項に記載の電気刺激装置。 - 前記制御部は、前記対象物に電気刺激が印加されていない状態において、前記筋収縮検出部から取得した値を0に設定する
請求項7〜10のいずれか一項に記載の電気刺激装置。
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2016
- 2016-02-10 JP JP2016023914A patent/JP2017006632A/ja active Pending
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